Sömnarkitektur & Intrinsic Oscillatory and Network Connectivity in Cognition and Executive Dysfunction in TLE

Temporallobsepilepsi (TLE) kännetecknas av störd neurala nätverksaktivitet och anfall i temporalloben. Individer med TLE upplever försvagande sjukdomar och medicinska tillstånd, inklusive sömnstörningar och kognitiva underskott, som äventyrar daglig aktivitet och livskvalitet. Även om dessa tillstånd kan vara långsiktiga konsekvenser av upprepade anfall och mediciner mot anfall, visar forskning att dessa tillstånd kan uppstå före det första erkända anfallet och förvärras med tiden, även med framgångsrik anfallsbehandling. Detta tyder på att avvikelser i tidiga neurala nätverk kan ligga bakom utvecklingen av anfall samtidigt som det försämrar sömn och kognitiv utveckling, även före de extra effekterna av långvariga sjukdomar och behandlingar. Individer med TLE upplever sömnstörningar, vilket försämrar minneskonsolidering och ihållande uppmärksamhet, som båda äventyras i TLE. En framträdande, men oprövad hypotes är att TLE-relaterad neurala nätverksaktivitet inklusive interiktala epileptiforma urladdningar (IED) avbryter sömnarkitekturen för icke-snabba ögonrörelser (NREM), vilket stör minneskonsolidering och uppmärksamhet. Men specifika mekanismer genom vilka onormal neurala nätverksaktivitet bidrar till störd sömn och kognition i TLE förblir svårfångade.

Pilotdata visar att nystartade TLE-patienter uppvisar kognitiva brister som är kopplade till minskad aktivering av viktiga frontala-temporala neurala nätverk, mätt med uppgiftsbaserad funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI), vilket positivt korrelerar med dålig sömn. Dessa nya och spännande fynd tyder på att karakterisering av sömnarkitekturmönstren som bidrar till mindre effektiv kognitiv bearbetning i TLE är avgörande för att identifiera modifierbara sömnbiomarkörer och i slutändan förbättra kognitiv funktion hos TLE-patienter.

Denna studie kommer att börja ta itu med den befintliga kunskapsluckan genom att undersöka sömnarkitekturmönster i TLE som direkt bidrar till kognitiva brister med hjälp av både en observations- och en mekanism-undersökande interventionell metod. I NREM-sömn är långsamma vågoscillationer på elektroencefalogram (EEG) faslåsta och kopplade till sömnspindeloscillationer (SW-SSO), vilket underlättar minneskonsolidering och potentiellt förbättrar uppmärksamheten. I TLE kan störda nätverk som leder till IED och anfall bidra till förändrad SW-SSO-koppling under sömnen, vilket resulterar i minnes- och uppmärksamhetsbrister. En enda natt av akustisk stimulering (AS) har visats förbättra kognitiva prestanda och förbättra SW-SSO-koppling hos friska vuxna, men har inte studerats i TLE. Den centrala hypotesen för denna studie är att störda nätverk hos nyligen diagnostiserade TLE-patienter resulterar i förändrade sömnmönster, vilket stör minneskonsolidering och uppmärksamhet. Denna studie kommer att testa denna hypotes genom att: (1) karakterisera TLE-sömnmönster med hjälp av beräknings-EEG - sömnspindeldensitet, långsam vågkraft, IED:er och SW-SSO-koppling, (2) koppla dessa TLE-relaterade sömnarkitekturförändringar till kognitiv bearbetning; (3) bestämma om AS förbättrar SW-SSO-koppling i TLE; och (4) avgöra om AS förbättrar minne och uppmärksamhet hos unga vuxna med TLE.

Först kommer vi att karakterisera sömnarkitekturmönster i TLE och bestämma förhållandet till kognitiv bearbetning. Nyuppkomna TLE-patienter och friska kontroller kommer att genomgå en natts EEG-övervakad sömn i hårbotten för att karakterisera sömnspindeldensitet, långsam vågkraft, IED och SW-SSO-koppling (dvs faslåsning).

Hypotes: Jämfört med kontroller kommer TLE-patienter att uppvisa IED såväl som minskad sömnspindeldensitet och långsam vågkraft med reducerad SW-SSO-koppling. Nästa morgon kommer jag att använda fMRI för att övervaka nätverksaktivering när deltagarna utför en uppmärksamhetsuppgift och deklarativ minneshämtning, som jag fick veta kvällen innan.

Hypotes: Jämfört med kontroller kommer minskad SW-SSO-koppling under sömn hos TLE-patienter att vara associerad med minskad aktivering på uppgiftsbaserad fMRI, samt sämre minne och uppmärksamhet.

Därefter kommer studien att bestämma effekten av AS på sömnarkitekturmönster och kognitiv bearbetning i TLE. Nyuppkomna TLE-patienter kommer att slumpmässigt tilldelas AS- eller SHAM-stimulering som initialtillstånd i en cross-over-design och kommer att genomgå en natt med EEG-övervakad sömn i hårbotten under varje tillstånd, åtskilda av minst en vecka.

Hypotes: AS kommer att uppvisa högre nivåer av SW-SSO-koppling jämfört med SHAM. Nästa morgon kommer jag att använda fMRI för att övervaka nätverksaktivering när deltagarna utför en uppmärksamhetsuppgift och deklarativ minneshämtning som jag lärde mig kvällen innan.

Hypotes: Jämfört med SHAM kommer AS att visa ökad aktivering på uppgiftsbaserad fMRI, och förbättrat minne och uppmärksamhet.